一种异步电机机泵一体化参数辨识方法

1.本发明属于异步电机参数辨识领域，具体涉及机泵一体化参数辨识方法。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，越来越多的电气设备在人们的生活和生产环境中出现，成为当代社会工业制造的基础。其中三相异步电动机是目前使用最多的电气设备，在化工、冶炼、机械生产等诸多领域均有应用。多领域的使用也带来了更多的能源消耗，据相关部门的数据统计，异步电机的年耗电量约占全社会总耗能的六成以上，是耗能最大的基础生产设施。据推算，异步电机损耗降低一个百分点，可年节约用电量160亿kw
·
h。而在科技进步给人类带来便利的同时，因社会快速发展而导致的污染问题和地球资源快速消耗的问题也出现人们眼前。为了能持续发展，各国政府逐渐都将节能减排作为一项重要国策，人们的环保意识与节能意识也不断提高。因此，作为“耗能大户”的电机成为实现节能的研究重点。而掌握电机的参数，则是电机高效运行得前提。
3.在对电力系统负荷进行建模时，异步电机负荷的准确性建模对系统整体稳定性的评估显得尤为重要。泵类负荷作为异步电机重要的一种负荷，泵类参数特性的准确性则同样影响着整体建模的准确性。同时，要实现对异步电动机的高性能控制和能效计算,需要准确获取异步电动机及泵类负载的等效电路参数。异步电动机等效电路参数的变化可以反映电机的运行状态,以此作为依据可对电机进行故障诊断分析。因此,对电机等效电路参数进行准确辨识是实现电机高性能控制、能效管理和故障诊断的前提和关键。通常，异步电机的参数由铭牌参数计算得出，然而随着异步电机长时间的运行，电机的一些参数会发生改变，由铭牌上的数据并不能计算出异步电机的准确参数。传统参数试验方法是通过空载试验和堵转试验来获得电机参数,所得到的电机参数精度不高,不能满足当下对电机的高性能要求,并且需要电机脱离运行状态，不能实现在线辨识。因此，需要对电机参数的在线辨识来得到电机的准确运行状态，从而使电力系统负荷建模更加准确、机泵运行更加高效。
4.本发明针对机泵模型，提出一种机泵一体化建模方法，并针对这一模型，提出了一种机泵一体化参数辨识方法，此方法可以对异步电机和泵类负荷一体化参数辨识，简化了传统方法分别辨识的步骤。


技术实现要素：

5.本发明技术解决的问题：克服现有电机、泵类参数分块辨识技术的不足，实现机泵参数一体化建模与辨识。其能够对提高电力系统泵类负荷建模的准确性，为电力系统稳定性评估，谐波治理等提供更加准确的数据支持。
6.这种机泵参数一体化建模与辨识的解决方案具体包括：
7.首先建立异步电机状态方程模型，
8.异步电机状态方程为
[0009][0010][0011][0012][0013][0014]
其中：ω为转子的电角速度；ω1为定子侧旋转磁场的电角速度；i
sd
、i
sq
为定子d、q轴电流；ψ
sd
、ψ
sq
为定子d、q轴磁通；u
sd
、u
sq
为定子d、q轴电压；n
p
为电机磁极对数，j为转动惯量；rs、rr为定子电阻、转子电阻；ls、lr、lm为定子电感、转子电感和励磁电感； t
l
为负载转矩。
[0015]
建立的泵类负载转矩特性。
[0016]
属于泵类负载的生产机械有水泵、油泵、离心式通风机等。泵类负载的转矩基本与转速的二次方成正比，实际的机械负载还有一定的摩擦转矩t0，即
[0017][0018]
式中，k为泵类负载机械特性的比例系数，为常数；ns为电机同步转速；s为电机转差率。
[0019]
当异步电机启动时，对其功率特性进行理论分析如下：
[0020]
由于泵类负荷的转矩通常与电机转速成二次方关系，而恒转矩模型则忽略了此关系，虽然在稳态时由此此关系造成的有功无功数据误差很小，但是在电机启动的暂态过程，恒转矩模型和泵类负荷模型的数据结果相差较大，此时误差不仅会影响泵类负荷的辨识效果，同时影响着异步电机参数的辨识精度，因此，在电机启动时，泵类负荷模型比恒转矩模型的精度更高，两者不可相互替代。
[0021]
电机空载启动时的有功、无功功率如图1；当电机带动恒转矩负载时，电机启动的有功无功功率如图2；当电机带动泵类转矩负载时，电机启动的有功无功功率如图3。3种负载功率结果对比图如图4。
[0022]
根据实际波形，建立基于粒子群参数辨识方法，此方法流程图如图5。其中等效精度误差公式如下：
[0023]
j＝∑((p-p')2+(q-q')2)
[0024]
式中p、q为原数据的有功无功功率，p'，q'为泵类模型等效出的有功无功功率。
[0025]
对于改进前后的模型，其辨识结果如下：
[0026][0027]
恒转矩模型的拟合仿真有功功率波形如图6。恒转矩模型的拟合仿真无功功率波形如图 7。泵类模型的拟合仿真有功功率波形如图8。泵类模型的拟合仿真无功功率波形如图9。
[0028]
本发明首次提出了对机泵一体化参数辨识，且改进后的机泵负荷模型比经典综合负荷模型更加精确。
[0029]
本发明的有益效果：首次提出机泵一体化建模辨识，且在对泵类负荷参数辨识效果比经典恒转矩负荷模型更加精确。因此，在对以泵类负荷模型的等效、潮流分析和暂态仿真方面都更加精确。具体表现如下：
[0030]
1.模型统一性：本发明详细地描述了异步电机的状态方程及泵类负载模型，并根据特性及相应的关系对机泵统一建模。
[0031]
2.辨识一体化：本发明可以实际提供的数据，将异步电机及泵类负荷参数统一辨识出来，并根据辨识参数建立一个可以替代实际负荷的负荷仿真模型。有效地解决了异步电机及泵类负荷辨识步骤繁琐的问题。
[0032]
3：准确性：本发明有效地描述了泵类负载特性，使辨识出来的模型参数有效地同实际数据相拟合，将辨识出的参数带入负荷模型，该模型可以替代所要等效的负荷模型，以便于对含该负荷的整个系统进行潮流分析或暂态仿真。
附图说明
[0033]
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术方法，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步得详细说明。
[0034]
图1是泵类负荷启动功率波形。
[0035]
图2是恒转矩类负荷启动功率波形。
[0036]
图3是空载负荷启动功率波形。
[0037]
图4是三种负荷启动波形对比图。
[0038]
图5是本发明的参数辨识流程图。
[0039]
图6是本发明恒转矩负荷辨识有功功率拟合波形。
[0040]
图7是本发明恒转矩负荷辨识无功功率拟合波形。
[0041]
图8是本发明泵类负荷辨识有功功率拟合波形。
[0042]
图9是本发明泵类负荷辨识无功功率拟合波形。
具体实施方式
[0043]
如图1所示，本发明提供了一种机泵一体化参数辨识方法，实施例具体步骤如下：
[0044]
(1)对于需要辨识的泵类负荷，获取其历史暂态功率数据或通过扰动试验获取暂态功率数据。
[0045]
(2)以获取的暂态功率数据为输入，以本发明的泵类负荷模型为数学模型，以粒子群算法为参数辨识方法，识别出异步电机以及泵类负荷的待辨识参数，具体流程如图5所示。
[0046]
(3)将辨识出的参数带入的异步电机模型、泵类负荷模型，该模型可以替代所要等效的负荷，以便于对含该负荷的整个系统进行潮流分析或暂态仿真。
[0047]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种基于工作机理的区别于恒转矩特性的机泵一体化模型。其特征在于：泵类负载的生产机械有水泵、油泵、离心式通风机等。泵类负载的转矩基本与转速的二次方成正比，实际的机械负载还有一定的摩擦转矩。2.如权利要求1所述的机泵一体化模型的参数辨识方法。3.如权利要求1所述的基于粒子群算法的机泵一体化辨识方法。其特征在于：采用粒子群算法对机泵参数直接辨识，包括异步电机参数辨识和泵类负荷参数辨识。

技术总结
本发明提供了一种异步电机机泵一体化参数辨识方法，包括：1根据泵类符合特性，建立异步电机状态方程与泵类负荷转矩方程，以此方程来描述机泵运行状况；通过对泵类负荷有功和无功特性的分析，加以区别恒转矩负荷，可以有效地分辨出泵类负荷；3建立粒子群参数辨识方法，以此方法实现对机泵一体化辨识，省去了大量计算步骤，并且结果更加准确。该方法可以实现异步电机机泵一体化辨识，且辨识结果更加准确，使系统整体建模的准确性有所提高。使系统整体建模的准确性有所提高。


技术研发人员：康忠健 孙翼森 刘佳萱
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2022/3/8